加载方式对方钢管柱-H型钢梁节点受力性能影响

(1.青岛理工大学土木工程学院 山东 青岛 266033；2.费县行政审批服务局 山东 临沂 273400)

一、引言

在钢结构中，梁与柱通过节点连接在一起，在整体结构中起到重要作用[1]，因此节点的设计会直接影响到整个结构的抗震性能。在梁柱节点试验中，依据是否考虑P-Δ效应可以分为柱端加载及梁端加载两种加载方式[2],如图1所示。运用ABAQUS有限元分析软件建立一个方钢管柱-H型钢梁节点模型，探讨不同加载方式对梁柱节点受力性能方面的影响。

图1 加载方式

二、结果分析

(一)破坏模态对比

柱端加载模型与梁端加载模型经过模拟计算后，两者的破坏应力云如图2所示。由图1可以看出，节点模型在柱端加载和梁端加载两种加载形式下，两者的最终破坏模态基本一致。

图2 节点核心区破坏对比图

(二)滞回曲线和骨架曲线对比

图3、4为两种不同加载方式下有限元模型滞回曲线和骨架曲线对比图。从图3中可以看出，柱端加载方式与梁端加载方式相对比，两者的滞回曲线基本重合均呈饱满的“梭形”且加载后期有明显的下降段。从图4可以看出，两种加载方式的骨架曲线基本一致均呈“S型”且有明显的屈服点。通过计算数据结果可以表明该节点有限元模型的受力性能与加载方式无关。

图3 两种加载方式滞回曲线

图4 两种加载方式骨架曲线

(三)加载方式分析

采用梁端加载能较为方便的施加柱端轴力并且能确保所有梁同时受力；但与柱端加载相比，无法反映柱轴力P产生的P-△二阶效应。天津大学的白晶晶[3]研究指出：对于必须考虑荷载位移效应的试验，如主要以柱端塑性铰为研究对象时，应采用柱端加载方案；对于梁端塑性铰或核心区为主要研究对象时，可采用梁端反对称加载方案。

在进行梁端加载时，梁体的变形能力和节点域的剪切变形是影响梁端极限位移的主要原因，梁体变形与节点域剪切变形是影响结构耗能能力的主要原因。而柱端加载时，影响柱端极限位移的因素除了以上两种因素外，还包括柱体本身的弯曲变形。由此可以推论，由于本有限元节点模型最终发生的是梁端塑性铰破坏，且在整个过程中方钢管柱的应力值没有出现过大的数值且没有明显的应力集中，故两种加载方式的结果趋于一致。

三、结论

当节点的破坏形式没有发生在柱端且柱子具有足够的刚度和强度时，节点的柱端加载和梁端加载两种加载方式对结果的影响较小，相对整个结果来说可以忽略。